基于LTE‑A系统的多媒体广播多播服务网络配置方法与流程

本发明涉及一种基于LTE-A系统的多媒体广播多播服务网络配置方法，属于LTE-A蜂窝移动网络传输技术领域。

背景技术：

3GPP(第三代合作伙伴计划)LTE-A(长期演进网络的后期演进)移动通信网络是国际电信联盟无线通信部门(ITU-R)确认可以满足IMT-Advanced需求的4G技术。该技术旨在为移动用户提供更快速的数据传输速率和更稳定可靠的网络性能。多媒体广播多播服务(MBMS)是包含在3GPP LTE/LTE-A协议中的重要组成部分，该服务主要针对蜂窝网络中的热点信息，采取从多个相邻的数据源(基站)利用相同的频谱资源同步向网络内的多个用户传输此热点信息的方法，使用户获得更高的信干噪比和更快速的传输速率，同时实现了网络资源的共享，提高了网络资源的利用率。该服务在视频会议、电视广播、广告、场馆直播、互动游戏等场景中，利用了所需传输信息的数据量大、持续时间久、延时要求小的特点，既可以满足用户的多样需求，又为运营商带来了新的业务增长点。

MBMS在LTE-A协议中被进一步演进更新，增加了对信息热度计数的功能与服务连续性的扩展，简称为eMBMS。附图1(MBSFNarea1、MBSFNarea2的区域用分别用不同方向的斜线加以表示)展示了eMBMS的网络架构，包含有MBMS网关(MBMS-GW)、多小区/多播协调功能实体(MCE)、移动管理实体(MME)、以及演进的NodeB(eNB)。其中，MCE是用于接入控制与资源分配的控制实体，对于单个MBMS业务，MCE主要用于业务的调度，即选择合适的资源(包括频率、时间等参数)，进行多媒体广播多播单频网(MBSFN)传输；对于多个MBMS业务，MCE需要协调其相应的多个MBSFN传输，包括MBSFN区域的大小，无线资源的使用等等，以便能够合理地、高效地使用资源。MBMS-GW主要负责将广播的内容信息传输至eNB。判断是否需要建立MBSFN广播信息，取决于此信息在网络内的热度，如果通过对信息热度计数判断信息需要被广播，则MCE会建立一个包含若干个蜂窝小区的MBSFN区域。在一个MBSFN区域内，多个eNB利用相同的网络资源广播相同的内容，而不同的MBSFN区域所广播的内容是不同的，但是MBSFN区域之间允许互相重叠，因此MBSFN区域之间如何合理分配网络资源事关整个网络的性能。如果用网络吞吐量来衡量eMBMS网络配置的效果，MBSFN内的用户是不会收到该区域内eNB发射的干扰信号，但是会接收到该MBSFN之外的eNB发射的干扰信号，因此MBSFN组网的选择也同时影响用户的信干噪比。

技术实现要素：

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于LTE-A系统的多媒体广播多播服务网络配置方法，在3GPP的协议框架下，提出一种优化网络吞吐量的配置方法，解决这一方面配置方案空白的问题。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种基于LTE-A系统的多媒体广播多播服务网络配置方法，其特征是，包括如下步骤：

1)采集建立模型所需要的数据，包括小区，多媒体内容以及每个小区内用户所下载的多媒体内容的热度计数，形成数据集合：

整体网络模型所覆盖的区域记为C，所有MBSFN区域的集合记为A，所有多媒体内容的集合记为S；

对于其中的一个小区c，一个MBSFN区域a，一个多媒体内容s，小区c的相邻小区与其本身构成了集合N^c；内容s在小区c内的热度记为在小区c内传输内容s最少需要的网络资源记为小区c内的无线信道的增益由小区内增益最低的一路信道决定，记为h_c，而p_c表示该小区内的eNB的发射功率；

2)设置控制变量：

a)二进制变量b_a,c表示小区c是否被分配在MBSFN区域a中，若是则值为1，若否则值为0；

b)二进制变量d_s,a表示内容s是否会在MBSFN区域a中被广播或者多播，若是则值为1，若否则值为0；

c)整数变量N_s,a表示内容s在MBSFN区域a中被广播或多播所需分配的RB的数目，且有

3)设置目标函数，并进行优化：

301)小区c内，eMBMS所覆盖到的用户的数目为剩余下来的RB(Radio Block)资源被分配给单播业务，单播业务所覆盖到的用户数目为η^c并且满足其中R表示一帧内可利用的RB总数；

302)只有在MBSFN网络边缘的小区会受到隔壁不属于同MBSFN区域的小区的干扰，干扰信号表示为∑_i∈Neigh(c)∑_s∈S∑_a∈Ab_a,cN_s,a(1-b_a,i)，其中Neigh(c)表示小区c的相邻小区，i为相邻小区集合中的任一小区，b_a,i的定义同b_a,c；

303)设立待优化的目标函数，表示为最大化以下方程的值：

其中，α是一个可调参数；

通过调试控制变量的取值，使得目标函数取最大值，形成一个既满足用户需求又可以优化网络吞吐量的网络配置方案。

本发明所达到的有益效果：本方法利用对于每个小区内用户所需下载的多媒体内容的热度计数的结果，判断是否需要建立MBSFN网络，综合考虑多个MBSFN网络的范围，网络资源的分配以及空闲资源的单播传输，优化网络的整体吞吐量，提升网络的整体性能。

附图说明

图1为本发明中eMBMS系统架构图；

图2为本发明在具体实施方式中假设的用户兴趣分布图；

图3为本发明在具体实施方式中通过改变参数α得出的网络配置图，其中，图3(a)、3(b)、3(c)对应的α的值分别为0，2与10；

图4为本发明在具体实施方式中通过改变参数α得出的网络吞吐量的柱状图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

在仿真测试环境中，测试一个由21个蜂窝小区组成的同步网络中的eMBMS服务性能。无线网络传输带宽设为10MHz，传输的中心频段为2.5GHz，此同步网络的面积为12.34km²，假设eNB的发射功率为43dBm，噪声的频谱密度为‐174dBm/Hz，每个小区内有50个注册用户。假设个小区内用户对各个多媒体内容感兴趣的比例为图2所示(本实施例中，多媒体内容包括四个，分别记为s1～s4)。

设置控制变量：

1)二进制变量b_a,c表示小区c是否被分配在MBSFN区域a中，若是值为1，若否值为0；

2)二进制变量d_s,a表示内容s是否会在MBSFN区域a中被广播或者多播，若是值为1，若否值为0；

3)整数变量N_s,a表示内容s在MBSFN区域a中被广播或者多播所需分配的RB的数目，因此此关系成立：

小区c内，eMBMS所覆盖到的用户的数目为剩余下来的RB资源可以被分配给单播业务，因此单播业务所覆盖到的用户数目为η^c并且满足

只有在MBSFN网络边缘的小区会受到隔壁不属于同MBSFN区域的小区的干扰，因此干扰信号可以表示为∑_i∈Neigh(c)∑_s∈s∑_a∈Ab_a,cN_s,a(1-b_a,i)。

优化的目标函数可以表示为最大化以下方程的值：

其中，α是一个可调参数。

分别设定α的值为0，2与10，通过求解目标函数得出的网络配置如图3(a),3(b),3(c)所示。图中，同色的区域为一个MBSFN区域。进一步调整α的值，整体网络吞吐量的对比如图4所示。

在图4中，随着α的值的增加，系统越来越趋于降低网络内的干扰，从而使得MBSFN区域的面积增加，这样在MBSFN区域内对该区域所广播信息不感兴趣的用户数也随之增加。因此可以看出，通过调整α的值，在α＝2时，整体网络的达到最优化配置，这时网络的吞吐量取得最大值。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。